ในการแตะแหล่งโภชนาการที่ไม่น่าจะเป็นไปได้ แมลงบาคาร่าเว็บตรงที่มีขนาดเล็กพอที่จะนั่งบนยางลบดินสอจะต้องดูดแรงกว่าสิ่งมีชีวิตที่รู้จักPhilaenus spumarius froghoppers เจาะพืชด้วยปากเพื่อกินน้ำนมจากไซเลมเท่านั้น ซึ่งเป็นของเหลวส่วนใหญ่ที่ทำจากน้ำซึ่งไหลผ่านท่อประปาภายในของพืช สารนี้ไม่เพียงแต่สูญเสียสารอาหารไปมากเท่านั้น แต่ยังอยู่ภายใต้แรงกดดันด้านลบซึ่งคล้ายกับสุญญากาศ การดูดน้ำนมต้อง
ใช้พลังดูดเทียบเท่ากับการดื่มน้ำจากฟางยาว 100 เมตร
ความสำเร็จดังกล่าวดูไม่น่าเป็นไปได้สำหรับแมลงตัวเล็ก ๆ ที่นักวิทยาศาสตร์บางคนตั้งคำถามว่าไซเลม SAP อาจอยู่ภายใต้แรงกดดันด้านลบดังกล่าวหรือไม่ แต่หลักฐานทางชีวกลศาสตร์และเมแทบอลิซึมบ่งชี้ว่า froghoppers สามารถสร้างแรงกดดันเชิงลบได้มากกว่าหนึ่งเมกะปาสกาลนักวิจัยรายงาน 14 กรกฎาคมในProceedings of the Royal Society B
“มันน่าประทับใจอย่างไม่น่าเชื่อ [นักวิทยาศาสตร์] ใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อจัดการกับปัญหาที่มีมายาวนาน” เจค โซชา นักชีวกลศาสตร์ที่เวอร์จิเนียเทคในแบล็กส์เบิร์กซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้กล่าว “แมลงเหล่านี้ได้รับการดัดแปลงมาอย่างดีเพื่อสร้าง” แรงกดดันด้านลบที่รุนแรง
ปัญหานี้มีมายาวนานเนื่องจากการวัดแรงดันลบนั้นยุ่งยาก ภายในไซเลม น้ำนมจะถูกดึงออกมาราวกับเชือก ซึ่งติดอยู่ในการชักเย่อระหว่างดินที่เป็นรูพรุนและใบไม้ที่โปร่งสบาย การเจาะโรงงานด้วยหัววัดแรงดันสามารถทำลายความตึงเครียดภายในนั้นได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์มักใช้วิธีทางอ้อมมากกว่า โดยการตัดส่วนต้นของพืชและติดปลายใบในห้องกดทับโดยให้ก้านยื่นออกมา นักวิจัยสามารถเพิ่มแรงดันที่กระทำภายนอกโรงงานได้จนกว่าจะเกินแรงดันภายในของพืชและน้ำนมจากไซเลมจะไหลออกมาจากลำต้น . กลยุทธ์นี้ชี้ให้เห็นว่าแรงกดดันด้านลบของ xylem sap สามารถเกินหนึ่งเมกะปาสกาล
Philip Matthews นักสรีรวิทยาเปรียบเทียบแห่งมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย
ในแวนคูเวอร์กล่าว ตัวอย่างเช่น ช้างจะสร้างแรงดันลบได้เพียง 0.02 เมกะปาสคาลเมื่อดูดน้ำปริมาณมากผ่านงวง ( SN: 6/3/21 ) เพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับกบ
นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่า “การดึงข้อมูลเหล่านี้ออกมามีราคาแพงเกินไป ซึ่ง [แรงกดดัน xylem] ไม่สามารถเป็นลบได้” เขากล่าว “จะต้องแยกออกได้ง่ายถ้า [froghoppers are] จะรอดชีวิตจากสิ่งที่เจือจางมาก”
แมตทิวส์และเพื่อนร่วมงานไม่มั่นใจในความสงสัยเหล่านี้จึงพยายามวัดความสามารถในการดูดของกบฮอปเปอร์ด้วยสองวิธี วิธีหนึ่งคือชีวกลศาสตร์และเมตาบอลิซึมแบบหนึ่ง Froghoppers ผลิตพลังดูดด้วยโครงสร้างที่เหมือนปั๊มในหัว โดยที่กล้ามเนื้อดึงเมมเบรนเพื่อสร้างแรงกดดันด้านลบ คล้ายกับลูกสูบ นักวิจัยได้วัดความยาวและความจุของโครงสร้างเหล่านี้โดยใช้การสแกน micro-CT ของแมลง จากนั้นจึงคำนวณศักยภาพในการดูดของแมลงโดยใช้สูตรทางกายภาพง่ายๆ ของความดันเท่ากับแรงหารด้วยพื้นที่ โดยหลักการแล้ว ทีมงานพบว่ากบกระโดดสามารถสร้างแรงกดดันเชิงลบได้ตั้งแต่ 1.06 ถึง 1.57 เมกะปาสกาล
“เห็นได้ชัดว่าพวกเขาสามารถสร้างความตึงเครียดได้ ดังนั้นพวกเขาจึงต้องได้รับความตึงเครียดจากไซเลมในระดับนี้” Matthews กล่าว “คุณจะไม่พัฒนาความจุมหาศาลขนาดนั้นเว้นแต่คุณจะใช้มัน”
ทีมงานได้ตรวจสอบการประมาณการที่เป็นนามธรรมมากขึ้นโดยคำนวณว่ากบกระโดดพลังงานใช้ไปมากเพียงใดขณะดูดพืชถั่ว ถั่วลันเตา หรือหญ้าชนิต พลังงานนั้นควรเป็นสัดส่วนกับแรงกดดันที่แมลงต้องเอาชนะในพืช นักวิจัยสามารถคำนวณอัตราการเผาผลาญของแมลงได้โดยการวางอาหารกบในช่องที่วัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมา ทีมงานยังใช้กล้องตรวจจับของเหลวที่แมลงขับออกมา
เมื่อกบเริ่มดูด อัตราการเผาผลาญของพวกมันเพิ่มขึ้น 50 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์จากอัตราการพัก และแมลงถูกขับออกมามากกว่าตอนพัก นักวิจัยพบว่า ความพยายาม “เหมือนกับการวิ่งมาราธอน” Matthews กล่าว “พวกมันเคลื่อนของเหลวจำนวนมหาศาล…. ถ้าแมลงมีขนาดเท่าคน พวกมันจะฉี่ของเหลว 4 ลิตรต่อนาที”
นักวิจัยคาดการณ์ว่าแม้ว่าน้ำนมจากไซเล็มจะเป็นน้ำ แต่ก็มีสารอาหารเพียงพอที่จะเพิ่มพลังให้กบกระโดดได้ “พวกเขากำลังได้รับพลังงานสุทธิ” ผู้เขียนร่วมการศึกษา Elisabeth Bergman นักสรีรวิทยาเปรียบเทียบของมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียกล่าว
เบิร์กแมนและคณะสงสัยว่าพลังดูดของกบกระโดดและผู้เชี่ยวชาญด้านยางไม้จากไซเลมอาจไม่มีใครเทียบได้ในหมู่สัตว์ ไม่มีบริบทอื่นใดที่อาหารถูกขังไว้ภายใต้แรงกดดันด้านลบที่สูงเช่นนี้ Bergman กล่าว “แมลงตัวเล็ก ๆ เหล่านี้เป็นเครื่องดูดที่ยอดเยี่ยม”บาคาร่าเว็บตรง
